UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA URBANA
CONFIGURAÇÃO URBANA E CONFORTO TÉRMICO AO NÍVEL
DO PEDESTRE: ESTUDOS NA CIDADE DE SÃO CARLOS-SP
MARIA EUGÊNIA FERNANDES
São Carlos
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA URBANA
CONFIGURAÇÃO URBANA E CONFORTO TÉRMICO AO NÍVEL
DO PEDESTRE: ESTUDOS NA CIDADE DE SÃO CARLOS-SP
MARIA EUGÊNIA FERNANDES
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana da Universidade Federal de São Carlos, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Urbana.
Orientação: Prof. Dr. Érico Masiero
São Carlos
Fernandes, Maria Eugênia
Configuração urbana e conforto térmico ao nível do pedestre: estudos na cidade de São Carlos - SP / Maria Eugênia Fernandes. -- 2019.
92 f. : 30 cm.
Dissertação (mestrado)-Universidade Federal de São Carlos, campus São Carlos, São Carlos
Orientador: Érico Masiero
Banca examinadora: Lea Cristina Lucas de Souza, Maria Solange Gurgel de Castro Fontes
Bibliografia
1. Clima urbano. 2. Conforto térmico. 3. Índice PET. I. Orientador. II. Universidade Federal de São Carlos. III. Título.
Ficha catalográfica elaborada pelo Programa de Geração Automática da Secretaria Geral de Informática (SIn). DADOS FORNECIDOS PELO(A) AUTOR(A)
DEDICATÓRIA
À minha avó, Maria Eulália (in memorian), por tudo que sempre foi e sempre será...
AGRADECIMENTOS
À Deus
À minha família, especialmente à minha mãe por sempre me apoiar e incentivar em todas as minhas escolhas, sem nunca me cobrar resultado algum e por me dar condições de trilhar esse caminho.
Ao meu irmão pela ajuda com a instalação dos equipamentos e por me dar o melhor presente do mundo, minha sobrinha/afilhada, Maria Clara, a quem também agradeço por fazer meus dias mais doces.
À Alessandra, que sempre me apoia, me ajuda, revisa meus textos, meus e-mails, me acompanha nas pesquisas e me ouve pacientemente.
Aos amigos que me acompanham na vida (Thais, Iandra, Simone, Roberta e Tati) e aos que dividiram comigo os últimos dois anos, especialmente à Camila, Carolina, Suise, Alejandro, Fernando, Natália, Claudinei.
Ao meu orientador Prof. Dr. Érico Masiero, pela paciência, generosidade e disponibilidade desde os passos iniciais dessa pesquisa.
Às Professoras Lea e Solange, por gentilmente aceitarem participar das bancas de qualificação e defesa e pelas contribuições para essa pesquisa.
Às pessoas que aceitaram “hospedar” os equipamentos durante o período de coletas.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo apoio financeiro.
Resumo
A urbanização vem causando transformações no clima urbano, alterando a temperatura e a umidade relativa do ar, os índices de precipitação e, até, contribuindo para o aumento da ocorrência de ilhas de calor urbano em diversas cidades do mundo. Dessa forma, torna-se importante que os espaços urbanos possibilitem maior conforto térmico aos habitantes. Há uma grande diversidade científica de estudos climáticos, porém há uma grande dificuldade na transmissão do conhecimento relativo aos fenômenos microclimáticos para os planejadores e gestores urbanos. A legislação de uso e ocupação do solo existente na maior parte das cidades brasileiras fornece diretrizes gerais para a execução de projetos de edificações e de intervenções urbanas, no entanto, são raras as que especificam medidas de adaptação aos impactos provocados no clima. Percebe-se, portanto, a necessidade de analisar o conforto nos espaços urbanos e de que maneira a configuração desse espaço pode contribuir para sua melhoria. O objetivo principal desse trabalho é determinar a influência de parâmetros da configuração urbana no conforto térmico dos usuários. Para isso, foi realizada a classificação de quatro recortes urbanos de acordo com os parâmetros do sistema de Zonas Climáticas Locais, e avaliado o índice PET relativo ao nível de conforto térmico dos usuários. Assim, buscou-se identificar a percepção térmica e satisfação dos usuários com o ambiente térmico, através de entrevistas estruturadas com pedestres nas quatro ZCLs selecionadas. Os resultados apontam para a classificação de quatro diferentes tipos de ZCLs nas áreas analisadas: ZCL 65, ZCL 3B, ZCL 2, ZCL 23. O índice PET calculado nos
horários de10h, 16h e 19h variou de 27°C (ZCL 65) a 48,6°C (3B). Tanto o PET quanto a
percepção dos usuários apresentam estresse térmico, com grande percepção de calor mesmo no período das 19h, onde se esperava que as áreas tivessem um resfriamento. Em geral, os usuários declararam maior satisfação na ZCL 65, onde se observam os maiores índices de vegetação
arbórea; mesmo em situações de elevada temperatura do ar. O teste de correlação apontou que o nível de conforto é menor a medida em que se aumentam as áreas impermeáveis e construídas e a relação H/W. Por outro lado, o nível de conforto aumenta quando se aumentam as áreas permeáveis.
Abstract
Urbanization has been causing changes in the urban climate, altering the temperature and relative humidity of the air, the precipitation indexes, and even contributing to the increase of the occurrence of urban heat islands in several cities of the world. In this way, it becomes important that urban spaces allow greater thermal comfort to the inhabitants. There is a great scientific diversity of climatic studies, but there is a great difficulty in transmitting the knowledge related to microclimatic phenomena to urban planners and managers. The land use and occupation legislation that exists in most Brazilian cities provides general guidelines for the execution of building projects and urban interventions, however, those that specify adaptation measures to the impacts caused in the climate are rare. It is therefore perceived the need to analyze comfort in urban spaces and in what way the configuration of this space can contribute to its improvement. The main objective of this work is to determine the influence of urban configuration parameters on the thermal comfort of users. For that, the classification of four urban cuts according to the parameters of the ZCL system was performed, and the PET index relative to the level of thermal comfort of the users was evaluated. Thus, we sought to identify the thermal perception of users' satisfaction with the thermal environment, through structured interviews with pedestrians in the four selected ZCLs. The results point to the classification of four different types of ZCLs in the analyzed areas: ZCL 65, ZCL 3B, ZCL 2, ZCL 23. The PET index calculated at the hours of10h,
16h, and 19h ranged from 27 ° C (ZCL 65) to 48.6 ° C (3B). Both the PET and the perception of
the users present thermal stress, with great perception of heat even in the period of 19h, where the areas were expected to have a cooling. In general, users reported higher satisfaction in ZCL 65,
where the highest rates of tree vegetation were observed; even in situations of high air temperature. The correlation test showed that the level of comfort is lower as the impermeable and constructed areas are increased and the H / W ratio is increased. On the other hand, the comfort level increases when the permeable areas increase.
Sumário
1 Introdução ... 12 1.1 Justificativa ... 14 1.2 Objetivos ... 16 1.3 Estrutura ... 16 2 Revisão Bibliográfica ... 18 2.1 Clima Urbano ... 182.2 Planejamento urbano e Mudança Climática ... 20
2.3 A influência da morfologia no clima urbano... 24
2.3.1 Zonas Climáticas Locais ... 26
2.4 Conforto Térmico Urbano ... 31
2.4.1 Índices de conforto ... 32
2.4.2 Índice Temperatura Equivalente Fisiológica (Physiological Equivalent Temperature – PET) ... 34
2.4.3 Índices subjetivos de conforto térmico ... 36
3 Método ... 38
3.1 Definição das áreas de estudo ... 40
3.1.1 São Carlos - SP ... 40
3.1.2 Pontos analisados ... 45
3.2 Classificação das áreas urbanas ... 50
3.3 Coleta de dados microclimáticos ... 51
3.4 Coleta de dados sobre a percepção térmica dos usuários ... 55
3.5 Cálculo do índice de conforto ... 58
3.6 Espacialização das médias de PET ... 59
3.7 Análise estatística ... 60
4 Resultados e discussão ... 61
4.1 Caracterização das áreas urbanas - Zonas Climáticas Locais ... 61
4.2 Caracterização do microclima ... 65
4.3 Conforto térmico ... 69
4.4 Espacialização das médias de PET ... 76
4.5 Correlação Linear: PET x Parâmetros das ZCL ... 79
5 Considerações finais ... 82
Referências ... 85
Apêndice ... 91
A. Questionário ... 91
Lista de Figuras
Figura 1 - Planejadores urbanos são a peça chave para tornar o ambiente mais adequado aos
índices de conforto térmico humano ... 13
Figura 2 - Representação da atmosfera urbana, ilustrando as duas camadas de modificação urbana ... 19
Figura 3 - Perfil da Ilha de Calor Urbano ... 20
Figura 4 - Relação H/W em um cânion urbano ... 25
Figura 5 - Processo metodológico ... 39
Figura 6 - Localização ... 40
Figura 7 - Comparação entre as normais climatológicas 1961/1990 e 1981/2010 para São Carlos... 41
Figura 8 - Simulação da variação da temperatura e precipitação média mensal em São Carlos até 2099 - Cenário RCP 4.5 ... 43
Figura 9 - Simulação da variação da temperatura e precipitação média mensal em São Carlos até 2099 - Cenário RCP 8.5 ... 44
Figura 10 – Posição dos recortes urbanos analisados na cidade de São Carlos ... 45
Figura 11 – Altitude dos recortes urbanos analisados na cidade de São Carlos ... 46
Figura 12 - Parque do Kartódromo ... 47
Figura 13 - Parque Linear das Torres ... 48
Figura 14 - Enchente na Praça do Mercado antes da canalização do córrego do Gregório ... 49
Figura 15 - Praça do mercado atualmente ... 49
Figura 16 - Vista aérea da FESC ... 50
Figura 17 - FESC ... 50
Figura 18 - a) pontos de coleta de dados na região do Parque do Kartódromo, b) Sensores instalados ... 52
Figura 19 - a) pontos de coleta de dados no Parque Linear das Torres, b) Sensores instalados . 53 Figura 20 - a) pontos de coleta de dados na região da Praça do Mercado, b) Sensores instalados ... 54
Figura 21 – a) pontos de coleta de dados na FESC, b) Sensores instalados ... 55
Figura 22 – Temperatura do ar X Umidade Relativa no período de coleta ... 57
Figura 23 - Equipamentos utilizados para medição ... 58
Figura 24 - Variação da temperatura do ar ... 66
Figura 25 - Variação da temperatura do ar ... 68
Figura 26 - Variação da umidade relativa do ar ... 68
Figura 27 - PET x Percepção Térmica ... 69
Figura 28 – Distribuição das percepções de conforto ... 70
Figura 29 - Conforto térmico subjetivo, calculado e Satisfação – 10h - 11h ... 71
Figura 30 - Conforto térmico subjetivo, calculado e Satisfação – 16h - 17h ... 72
Figura 31 - Variação da Temperatura x UR para o dia 17/12 na Praça do Mercado ... 73
Figura 32 - Conforto térmico subjetivo, calculado e Satisfação – 19h - 20h ... 74
Figura 33 - Espacialização dos valores de PET para10h, 16h e 19h ... 78
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Classes de Zonas Climáticas Locais ... 27
Tabela 2 - Valores de propriedades geométricas e de cobertura do solo para zonas climáticas locais ... 29
Tabela 3 - Alguns índices que têm sido usados em estudos de conforto térmico ... 33
Tabela 4 - Índice PET como indicador de percepção térmica e estágio de estresse térmico ... 35
Tabela 5 - Interpretação do índice PET para São Paulo ... 35
Tabela 6 - Avaliação subjetiva do conforto térmico ... 37
Tabela 7 - Obtenção de dados para classificação das ZCL ... 51
Tabela 8 - Número de entrevistas válidas realizadas em cada ponto ... 57
Tabela 9 - Classificação das Zonas Climáticas Locais ... 61
Tabela 10 - Faixas de Conforto Térmico... 70
1 Introdução
O processo de urbanização tem causado severas mudanças no ambiente natural e na qualidade de vida em geral. O crescimento das cidades acarreta impactos na qualidade do ar, no solo, na água e, geralmente, causa transformações no clima em escala local. O adensamento urbano com a concentração de construções verticalizadas ou horizontalizadas, a supressão da vegetação natural, a excessiva impermeabilização do solo, a poluição causada pela emissão de gases decorrentes da queima de combustíveis fósseis ou para o consumo energético das indústrias podem resultar em mudanças no clima urbano. Variáveis como a temperatura do ar, a umidade relativa do ar e os índices de precipitação sofrem alterações, que impactam no equilíbrio climático e, até, contribuem para o aumento da ocorrência de fenômenos como as ilhas de calor urbano em diversas cidades (SANTAMOURIS, 2015; GARTLAND, 2010)
Os relatórios do Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC (2014) têm chamado a atenção para uma piora no quadro climático tanto em escala global, quanto local. Entre os problemas apontados está a ocorrência de ondas de calor, com registros de altas temperaturas nos centros urbanos e, por consequência, aumento dos níveis de estresse térmico nas pessoas.
De forma geral, vêm sendo criadas medidas de incentivo à mitigação e adaptação às mudanças climáticas em todo o mundo, que incluem publicação de cartilhas com diretrizes projetuais incentivando o uso de estratégias de planejamento sensíveis ao clima, estudos sobre a vulnerabilidade das cidades e no âmbito do planejamento urbano, sugerem-se estratégias como a ampliação, preservação e proteção de áreas verdes urbanas, arborização; permeabilização do solo e diminuição das ilhas de calor, visando a melhoria das condições de conforto térmico, com os objetivos de reduzir a incidência de doenças cardiovasculares e estresse (“Carta de recomendações em saúde São Paulo, c40 2011”, 2011).
Estudos como o de Katzschner (2010) apontam a melhoria do conforto térmico dos usuários em áreas urbanas como uma das maneiras de mitigar as adversidades climáticas. Jamei (2016) relata a importância do planejamento urbano para mitigar os impactos adversos da mudança climática na saúde pública. O autor coloca a integração entre considerações
climáticas e o desenho das cidades como uma importante ferramenta para a promoção de conforto térmico na escala do pedestre (Figura 1).
Figura 1 - Planejadores urbanos são a peça chave para tornar o ambiente mais adequado aos índices de conforto térmico humano
Fonte: Desenvolvido pelo autor
Nota-se, assim, que além do conhecimento existente sobre as condições climáticas em macro e meso escala, pesquisas que abordem informações sobre as condições de conforto térmico em microescala e sobre as ações para minimizar os efeitos térmicos provocados pela urbanização são de extrema relevância.
Alguns estudos (OKE, 1981, MIDDEL et al., 2014, WEI et al. 2016) apontam a influência da forma urbana no microclima, mostrando que fatores da geometria, como a altura das edificações e largura das vias podem afetar a variação da temperatura e o fluxo do vento, por exemplo, e, consequentemente, as condições de conforto térmico ao nível do pedestre.
No entanto, torna-se difícil a implementação de estratégias por parte dos planejadores, uma vez que as cidades estão em grande parte consolidadas e possuem distintas configurações. Assis (2006) e Jamei et al. (2016) mostram que o peso das características urbanas no comportamento climático pode variar de acordo com cada situação analisada sobre o ambiente construído. Portanto, é necessário analisar o nível de conforto térmico oferecido em diferentes espaços urbanos abertos e buscar soluções particularizadas que contribuam com informações técnicas ao planejamento espacial das cidades. Uma das formas de avaliar o conforto é a aplicação de índices de conforto.
Planejadores Urbanos Configuração do espaço físico Satisfação do usuário com o ambiente térmico
Nesse contexto, diversos índices destinados a avaliação das condições de conforto térmico têm sido aplicados às cidades no mundo todo, buscando qualificar os espaços públicos abertos. (CHENG et al., 2012; GIVONI et al., 2003; KRUGER; TAMURA, 2015; NG; CHENG, 2012).
Um dos índices mais utilizados pelas pesquisas para avaliar o conforto térmico em áreas urbanas abertas é o PET (Physiological Equivalent Temperature – PET), desenvolvido por Hoppe (1999). Alguns estudos, como os de Herrmann e Matzarakis (2011), Lee e Mayer (2018) buscaram relacionar o PET à geometria, mostrando que em grande parte dos casos o desenho urbano pode influenciar no nível de conforto dos usuários.
Segundo Jamei et al. (2016), as estratégias mais promissoras na promoção de conforto térmico para os pedestres referem-se à manipulação da geometria urbana e na implementação de áreas verdes. O autor analisou diversos estudos sobre essas temáticas considerando a importância dessas estratégias para a melhoria do microclima e do conforto térmico em diversas cidades. As análises concluíram que a distribuição e disposição dos edifícios afetam a formação de ilhas de calor urbano e as condicionantes térmicas, uma vez que interferem no nível de exposição solar e na intensidade do fluxo de vento.
Assim, se mostra importante que as pesquisas avaliem o nível de conforto térmico nas cidades, bem como forneçam ao planejamento urbano subsídios para melhoria da qualidade dos espaços urbanos.
1.1 Justificativa
O aumento da população urbana vem resultando em um aumento na demanda pela expansão territorial, o que tem afetado de forma direta os padrões de consumo. Entre as principais consequências estão a grave degradação climática e ambiental, a qual influencia a poluição do ar, o aumento do ruído urbano, a redução da qualidade da água, o aumento da temperatura e o estresse térmico dos habitantes das cidades.
As alterações no padrão do clima em cidades brasileiras estão fortemente relacionadas a ocorrências de desastres, como enchentes e problemas de saúde, além de mortes provocadas por ondas de calor. Saldiva e Vormittag (2011) relatam que houve uma
alteração no padrão de clima da cidade de São Paulo, onde as temperaturas máximas vêm batendo recordes desde os anos 90 e as temperaturas mínimas estão ficando cada vez mais elevadas. Além disso, o regime de chuvas também foi alterado, tornando-as mais intensas e frequentes, o que pode ter sido ocasionado pelas ilhas de calor. As chuvas são responsáveis pelas enchentes que aumentam a proliferação de vetores de doenças, como a epidemia de dengue ocorrida em 2008, citada pelos autores, em que o aumento de temperatura aliado a condições precárias de saneamento, facilitam a reprodução do mosquito.
Ribeiro Sobral (2005) analisou a distribuição espacial das ilhas de calor na cidade de São Paulo e comparou com dados sobre mortalidade por doenças cardiovasculares e respiratórias e concluiu que nas áreas onde a intensidade da ilha de calor é maior, há um risco maior de morte por tais doenças. Nobre (2011) também relatou que em 2010, em Santos-SP, uma onda de calor com temperaturas chegando a 40°C provocou a morte de mais de 30 idosos.
Givoni et al. (2003) enfatizam que elementos como temperatura do ar, radiação solar e vento em espaços abertos podem ser modificados por detalhes no desenho urbano, tais como inserção de elementos que provoquem sombras e possibilitem o aumento da umidade dos espaços abertos em cidades de clima quente e seco, por exemplo. Olgyay (1963) aponta a relação entre os efeitos climáticos e o conforto térmico e mostra que os projetos de arquitetura e urbanismo podem adotar princípios bioclimáticos como orientação solar, topografia, efeitos do vento e modelos de fluxo de ar, propriedades térmicas dos materiais para controlar o microclima.
Abreu-Harbich, Labaki, Matzarakis (2013) mostram, através de simulações, que fatores da geometria urbana como relação h/w e orientação dos edifícios podem influenciar no sombreamento e no fluxo do vento, proporcionando melhoria nas condições de conforto em locais com clima tropical. Os autores citam ainda a importância desse tipo de estudo para o desenvolvimento de diretrizes urbanas responsivas.
Diante do exposto, torna-se evidente a necessidade de se adotar princípios bioclimáticos no planejamento das cidades como solução aos problemas climáticos atuais e futuros, a fim de reduzir o estresse térmico a níveis toleráveis e condizentes com as características climáticas de cada região. (KATZSCHNER, 2010)
Dessa forma, é de fundamental importância compreender como as diferentes configurações do espaço urbano podem provocar alterações na sensação de conforto térmico dos usuários de uma cidade de porte médio. Tendo em vista a necessidade de se promover espaços urbanos que melhorem as condições de saúde da população e contribuam para a redução do consumo energético para condicionamento térmico das edificações, esta pesquisa se reveste de importância por contribuir com o planejamento urbano na formulação de estratégias mais eficientes de ocupação do solo.
1.2 Objetivos
Objetivo geral
O objetivo principal desse trabalho é determinar a influência de parâmetros da configuração urbana no conforto térmico dos usuários.
Objetivos específicos
• Selecionar áreas com diferentes características da forma urbana em cidade de porte médio;
• Estabelecer parâmetros da morfologia urbana em torno de um ponto central em cada área;
• Caracterizar os microclimas de cada fração urbana analisada e as condições de conforto térmico apresentadas;
• Estabelecer relações entre índice térmico PET e os diferentes parâmetros morfológicos observados.
1.3 Estrutura
Esse trabalho está dividido em cinco capítulos, descritos a seguir:
Capítulo 1 – Introdução: Apresenta uma contextualização sobre a situação da mudança climática e suas implicações para o planejamento urbano em geral e a influência no conforto térmico dos espaços urbanos, a justificativa e os objetivos da pesquisa;
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica: A revisão da literatura apresenta conceitos de microclima urbano; uma contextualização sobre o impacto das mudanças climáticas e sua relação com o planejamento urbano; a importância da morfologia urbana para promoção de espaços com mais qualidade; conceitos de conforto térmico e os principais índices de conforto utilizados;
Capítulo 3 – Métodos: apresenta dados sobre a cidade (localização, clima), os critérios de seleção das quatro áreas de estudo e suas descrições, aponta os procedimentos adotados em cada uma das etapas da pesquisa, sendo: a caracterização da morfologia dos recortes urbanos selecionados, as entrevistas e os cálculos do índice de conforto e a satisfação dos usuários com o ambiente térmico, bem como os equipamentos utilizados para as medições;
Capítulo 4 – Resultados: apresenta os resultados encontrados por essa pesquisa, mostrando a classificação realizada em cada umas das quatros áreas analisadas, a sensação de conforto e satisfação dos usuários nessas áreas, bem como o Índice PET encontrado e a sua correlação com a morfologia urbana;
Capítulo 5 – Conclusões: traz uma discussão geral sobre os resultados alcançados, as principais contribuições para o avanço do conhecimento sobre a relação entre clima e morfologia urbana e as sugestões para pesquisas seguintes.
2 Revisão Bibliográfica
2.1 Clima Urbano
Segundo Mills et al. (2010) a urbanização é refletida em dois processos: mudanças nos padrões de vida dos seres humanos e, sobretudo, nos padrões de atividades que geram usos distintos da terra urbana, e a transformação física da cobertura natural em uma paisagem urbana. A composição topográfica, os materiais, as características da vegetação e a morfologia urbana produzem coberturas do solo distintas e, assim, otimizam os processos que modificam a atmosfera subjacente das cidades, criando um clima diferente, o qual é designado como clima urbano.
O clima urbano pode ser entendido genericamente como a influência gerada pela urbanização ao clima natural. As alterações ocorridas no meio natural em função de ações antrópicas, bem como a substituição da cobertura vegetal por pavimentos impermeáveis, a utilização de materiais com características físicas diferentes das existentes anteriormente (albedo menor, maior condutividade térmica), a remoção de vegetação, aliadas às atividades antropogênicas, contribuem para alterar o ecossistema, impactando nas condições de conforto térmico urbano (SANTAMOURIS, 2015).
Monteiro (1976) apresenta o clima urbano como uma organização, o Sistema Clima Urbano (S.C.U.), que abrange o clima de determinado espaço e a sua urbanização. O ambiente urbanizado é tido como o núcleo desse sistema que possui elementos conectados e funcionando de maneira instantânea e ininterrupta, implicando em transformações tais quais a ilha de calor e a poluição do ar. O autor divide o sistema em três grupos (ou canais) voltados à percepção humana: conforto térmico, qualidade do ar e impacto meteórico.
O clima pode ser analisado de acordo com diferentes escalas, ou seja, em relação aos fenômenos que agem sobre o clima global (macroclima); sobre unidades intermediárias, como uma cidade (mesoclima) ou sobre unidades menores, como uma rua ou um bairro (microclima) (MENDONÇA, 2007).
Oke (1978) propôs uma divisão em escalas verticais composta por duas camadas distintas: Camada de Cobertura Urbana (Urban Canopy Layer – UCL) e Camada de Limite Urbana (Urban Boundary Layer – UBL). A UCL se estende do solo até o nível dos telhados,
enquanto a UBL é a sua camada superior, cujas características climáticas são influenciadas pela presença da cidade abaixo (Figura 2).
Figura 2 - Representação da atmosfera urbana, ilustrando as duas camadas de modificação urbana
Fonte: Adaptado de Oke (1978).
Segundo Santamouris, (2015), as mudanças na cobertura da terra na escala regional e local, o aumento do armazenamento de calor pela estrutura urbana, o aumento do calor antropogênico liberado, o arrefecimento evaporativo reduzido e o aumento do calor sensível liberado por edifícios afetam o equilíbrio térmico urbano e contribuem para as temperaturas urbanas mais elevadas em relação ao ambiente rural.
A urbanização levou a uma redução das áreas verdes, a impermeabilização das superfícies urbanas através de pavimentação intensiva e construção de edifícios e ao aumento do calor antropogênico liberado para a atmosfera (SANTAMOURIS, 2015).
Entre os diversos problemas relacionados ao clima urbano, está a formação das Ilhas de Calor Urbano – ICU –as quais são notadas pelo excessivo aumento das temperaturas do ar nas áreas centrais das cidades em relação às do ambiente rural (Figura 3). Evidenciando a comparação com uma ilha, onde o calor da cidade se distingue nitidamente do "mar" fresco da paisagem que a cerca (OKE, 1978).
Landsberg (1981) define as ICU como um reflexo da totalidade das mudanças microclimáticas provocadas por alterações feitas pelo homem na superfície urbana. Esse fenômeno ocorre normalmente nos centros urbanos durante a noite, onde se encontram as áreas mais adensadas construtivamente e, por esta característica, causam o acúmulo de calor. Oke (1981) aponta como principais causas da Ilha de Calor Urbano a poluição do ar, o calor
antropogênico, superfícies impermeabilizadas, propriedades térmicas dos materiais e a geometria da superfície.
Figura 3 - Perfil da Ilha de Calor Urbano
Fonte: United States Environmental Protection Agency (2017)
Mills et al. (2010), afirma que pouco conhecimento climático tem sido aplicado no processo de planejamento espacial, sendo de extrema importância acrescentar tais parâmetros no gerenciamento das cidades. Para isso, é preciso que o conhecimento se torne acessível e apoiado por resultados decorrentes de estudos de caso relevantes em diversas situações urbanas do mundo.
Santamouris (2015) relata que embora exista conhecimento científico sobre os motivos e as características padrões do aquecimento urbano, muitas questões ainda permanecem obscuras, principalmente aquelas relacionadas à coleta, a apresentação e a interpretação das informações científicas relevantes. A não padronização dos procedimentos de pesquisa em clima e planejamento urbano e a transmissão do conhecimento para a sociedade torna a compreensão, a classificação e a comparação dos dados reportados em diversas cidades bastante difíceis, até mesmo impossíveis.
2.2 Planejamento urbano e Mudança Climática
O quinto relatório do Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (2014), define mudanças climáticas como alterações no estado do clima que podem ser identificadas
por mudanças na média e/ou na variação das suas propriedades e que persistem durante um longo período.
Mills (2007) realiza uma revisão acerca dos trabalhos que tratam da relação entre as cidades e a mudança climática em todas as escalas. O autor relata a diversidade encontrada nas pesquisas para o conceito de “urbano” e que somente recentemente se passou a identificar os diferentes tipos de paisagens urbanas e seus efeitos para o ambiente.
Na escala das cidades, as variações climáticas podem agravar os problemas existentes nos diferentes sistemas urbanos (água, energia, transporte, etc.), principalmente em países em desenvolvimento, já que esses não possuem uma vulnerabilidade maior em virtude de fatores como a desigualdade social (IPCC, 2014).
Caso não haja alteração nos padrões de emissão de Gases do Efeito Estufa (GEE), a temperatura média global pode sofrer um aumento de 2,6°C a 4,8°C (IPCC, 2014). O aumento de temperatura pode trazer consequências como ocorrências de morte por onda de calor, o aumento de eventos de chuvas intensas, enchentes, que podem ainda disseminar doenças e ocorrência de doenças respiratórias (NOBRE, 2011).
Dessa forma, faz-se necessária a aplicação de estratégias de minimização do calor no planejamento das cidades de forma a adaptar as cidades às mudanças climáticas locais. O desenho urbano sensível ao clima pode ser visto como alternativa de melhoria da qualidade urbana, inclusive contribuindo para que os edifícios necessitem ou não de um resfriamento adicional (EMMANUEL, 2017).
Romero (2000), mostra que as cidades exercem grande influência no equilíbrio térmico entre o homem e o ambiente e, assim, propõe que os espaços urbanos sejam transformados em filtros que controlem os elementos climáticos. A autora apresenta diretrizes bioclimáticas que podem ser adotadas de acordo com as características do clima de cada região, com o intuito de atenuar determinadas variáveis climáticas, proporcionando maior conforto térmico.
As técnicas de mitigação podem ser usadas para compensar o aumento das temperaturas devido a urbanização, reduzir o impacto das fontes de emissão de calor e aumentar o potencial das passagens da anomalia de temperatura. Tais medidas atuam
alterando o equilíbrio térmico das cidades, aumentando as perdas térmicas e diminuindo os ganhos térmicos (SANTAMOURIS, 2015).
Mills et al. (2010) sugerem que a tomada de decisão no planejamento espacial deveria estar apoiada inclusive em mapeamentos climáticos e simulações do comportamento térmico dos espaços urbanos. O autor menciona ainda que dados dessa natureza raramente estão disponíveis.
Diversos estudos envolvendo o uso de entrevistas para avaliar a capacidade de adaptação às mudanças climáticas por parte dos planejadores, especialistas e gestores urbanos estão sendo realizados em vários países. Alguns estudos (ARABADZHIEVA, 2016; PARK, 2015; QIU, 2016), analisaram as políticas de adaptação adotadas na Coreia do Sul, na China e na Bulgária e mostraram que, embora haja preocupação por parte dos planejadores urbanos com as mudanças climáticas, o conhecimento destes sobre como implantar medidas para mitigação e adaptação do ambiente urbano ainda é baixo. Nota-se também a dificuldade do processo de comunicação entre os atores envolvidos na produção e uso do espaço urbano (população, planejadores urbanos, especialistas e gestores urbanos).
No âmbito governamental, a Política Nacional sobre Mudança Climática, criada em 2009 no Brasil e o Plano Nacional de Adaptação à Mudança do Clima, aprovado em 2016, colocam as questões climáticas como parte dos objetivos nacionais. Portanto, os Planos Diretores e demais instrumentos reguladores do ordenamento urbano no Brasil devem adotar medidas de mitigação e adaptação climática, visando contribuir para a redução da vulnerabilidade à mudança do clima e o desenvolvimento de cidades resilientes (BRASIL, 2016).
O Plano Diretor da cidade de São Carlos – SP (Lei nº 18.053 de 2016) possui como um dos objetivos estratégicos:
XI - contribuir para mitigação de fatores antropogênicos que contribuem para a mudança climática, inclusive por meio da redução e remoção de gases de efeito estufa, da utilização de fontes renováveis de energia e da construção sustentável,
e para a adaptação aos efeitos reais ou esperados das mudanças climáticas (SÃO
CARLOS, 2016).
Da mesma forma, outras ferramentas de promoção da política urbana como o Estatuto da Cidade, Lei Federal nº 10.257, de 2001, (BRASIL, 2001) e a Lei de parcelamento do solo, Lei Federal nº 6.766, de 1979, (BRASIL,1979) instituem diretrizes que destacam a
importância da sustentabilidade e qualidade ambiental, mas não garantem a sua promoção, pois tais objetivos estão no âmbito da municipalidade.
Apesar de haver esforços em todas as esferas políticas para que se desenvolvam ações visando a adaptação às mudanças climáticas, não se encontram mecanismos detalhados para garantir efetiva aplicação de dispositivos contribuam com a melhoria do ambiente térmico urbano. Outra dificuldade se refere ao monitoramento dos possíveis resultados das ações propostas pelo poder público ou pela sociedade civil nas cidades, de forma a atestar a eficiência das políticas públicas.
O planejamento urbano tem importância fundamental nesse cenário, uma vez que possibilita a criação e a aplicação de instrumentos que reduzam os impactos climáticos negativos provocados pela construção das cidades e pelas alterações no meio natural. Assim, é necessário que os planejadores incorporem o conhecimento sobre o clima para aprimorar os métodos de intervenção no ambiente urbano e adaptar as cidades às mudanças climáticas, tornando-as termicamente mais confortáveis.
O Painel Brasileiro sobre Mudanças do Clima (2016), traz alguns exemplos de medidas que podem ser adotadas, no âmbito da infraestrutura urbana, visando adaptar as cidades às mudanças climáticas: Criação de espaços verdes para melhorar a drenagem e reduzir o efeito de ilha de calor urbana, construções ecoeficientes com ventilação passiva e o uso de pavimentos permeáveis, entre outros.
Santamouris (2015) analisa e apresenta algumas das principais soluções adotadas como estratégias de mitigação na escala da cidade, como expandir espaços verdes, aumentar a refletância das superfícies urbanas, diminuir a geração de calor antropogênico e usar dissipadores para o excesso de calor urbano. O autor conclui que tais técnicas aplicadas em projetos de grande escala podem diminuir a temperatura ambiente média em 1à 2K.
Broto; Bulkeley (2013) analisaram as intervenções realizadas em 100 cidades e mostraram que a adoção de tais medidas de arrefecimento do clima urbano apresentou um crescimento a partir da assinatura do protocolo de Kyoto, em 2005. A maior parte das experiências encontradas (31,1%) são desenvolvidas nos sistemas de infraestrutura urbana. No entanto, as experiências que adotam a forma urbana como estratégia são menos frequentes, em virtude de os centros urbanos analisados já estarem consolidados.
A revisão da literatura sobre climatologia urbana desenvolvida no Brasil por Assis (2006) entre os anos de 1995 e 2005, mostra que mudanças climáticas locais também são influenciadas pela produção antropogênica de calor, tanto em áreas temperadas quanto em tropicais. A autora aponta que a configuração geométrica da área e a inércia térmica das superfícies construídas possuem um papel importante na formação do fenômeno da ilha de calor urbana. Cabendo, assim ao planejamento urbano oferecer soluções que favoreçam o conforto térmico e a qualidade do ambiente térmico urbano.
2.3 A influência da morfologia no clima urbano
Diversos estudos analisam a influência que a geometria urbana exerce sobre o clima nas cidades (OKE, 1981; EMMANUEL, FERNANDO, 2007; MIDDEL et al, 2014; WEI et al., 2016,), sendo grande parte das pesquisas voltadas a análise da influência de parâmetros urbanos na formação das ilhas de calor urbano.
Pesquisas mostram que diferentes superfícies e materiais também tendem a contribuir de diferentes formas na produção do clima urbano. Materiais como o asfalto escuro presente na pavimentação das cidades possui um baixo albedo, sendo assim, capaz de absorver grande quantidade de energia, aumentando a temperatura de superfície. Por outro lado, materiais com alto albedo refletem a radiação solar recebida, diminuindo a quantidade de energia absorvida.
Tsoka (2017) analisou estratégias para melhoria do microclima em duas áreas centrais de Thessalouniki, na Grécia. O estudo consistiu na simulação de três diferentes cenários: a situação real do local, a substituição dos pavimentos convencionais (baixo albedo) por pavimentos frios (albedo mais alto) e incremento de vegetação. Os resultados mostram a diminuição de até 10 °C na temperatura de superfície e 7°C na temperatura do ar no segundo cenário em relação a situação real, durante o verão. O terceiro cenário reduziu cerca de 15°C na temperatura de superfície do pavimento asfáltico devido ao sombreamento. Gonzalez e Krüger (2016) simularam a alteração dos materiais de superfície nos cânions de oito cidades brasileiras em diferentes zonas bioclimáticas e analisaram a influência da mudança de albedo na temperatura e no conforto dos usuários. Os resultados mostraram que a adoção de albedos altos gera uma pequena redução da temperatura, porém
notou-se um aumento da radiação refletida sobre o pedestre, piorando as condições de conforto.
É necessário, portanto, analisar como cada fator influencia na realidade urbana, considerando que um mesmo parâmetro pode afetar positivamente em uma dada situação e negativamente em outra, dependendo de cada configuração espacial.
A refletância no interior do cânion sofre interferência também da sua própria geometria, visto que esta regula a incidência solar nas superfícies verticais e horizontais. A geometria do cânion pode ser analisada de acordo com o fator de visão do céu, a relação H/W e a rugosidade (NAKATA-OSAKI, 2016).
Oke (1987) descreve o Fator de Visão do Céu (FVC) como a relação entre a quantidade de céu visível de um determinado ponto e a quantidade de céu potencialmente disponível. Dessa forma, qualquer elemento na camada intraurbana que obstrua uma fração do céu a partir do plano do observador representa uma obstrução no fluxo de energia (SOUZA et al. 2010). Por essa razão, Oke (1981) considera o FVC como a medida apropriada da geometria que favorece ou desfavorece a incidência da radiação solar de um local, visto que permite apontar a quantidade de céu livre de obstrução. O valor do FVC varia de 0 a 1, sendo 0 para a máxima porção de céu aberto.
A relação H/W pode ser entendida como a proporção entre a altura e largura de um cânion urbano (Figura 4). Nakata-Osaki (2016) estudou a influência da geometria urbana nas ilhas de calor e os resultados mostram que a intensidade da ilha de calor urbano tende a aumentar a medida em que se aumenta o valor da relação H/W. A autora conclui ainda que, cânions com menor rugosidade resultam em valores de máxima ICU duas vezes maiores que o de maior rugosidade.
Figura 4 - Relação H/W em um cânion urbano
O estudo de Tsoka (2017) mostrou que a substituição de materiais convencionais por materiais frios tem menor impacto na temperatura de cânions com altos valores de H/W, devido à redução do acesso solar e limitação do tempo de exposição à luz solar direta.
Achour-Younsi e Kharrat (2016) analisaram a variação no microclima e no conforto térmico em cenários com a combinação de diferentes valores de relação H/W, FVC e orientação das vias em condições de clima subtropical mediterrâneo. Os autores concluíram que uma maior proporção de H/W apresentava melhores condições de conforto térmico.
Além da forma urbana, espaços verdes como parques e áreas arborizadas resultam no resfriamento da temperatura do ar na altura do pedestre. Ali, Patnaik (2018) salientam que, embora elementos construtivos possam gerar sombreamento, espécies arbóreas contribuem com o incremento na umidade do ar pela evapotranspiração. Segundo o trabalho desenvolvido pelos autores, uma área arborizada reduz em 6,7°C a temperatura do ar quando comparada com uma área aberta de pastagem. Além disso, comprovaram também a relação entre a percepção térmica dos usuários e a temperatura de globo, sendo que o aumento da Tg aumenta a probabilidade de percepções mais quentes e diminui a probabilidade da escolha de percepções mais amenas.
Dessa forma, é importante observar que a adoção de medidas projetuais que considerem a configuração dos elementos do espaço urbano e a criação de microclimas podem contribuir para a melhoria das condições de conforto térmico dos usuários nos espaços externos.
2.3.1 Zonas Climáticas Locais
Utilizando a geometria urbana como parâmetro de caracterização, Stewart e Oke (2012) desenvolveram um sistema de classificação para paisagens urbanas e rurais. O sistema, chamado de Zonas Climáticas Locais (ZCL – em inglês Local Climate Zone (ZCL)), é dividido em 17 classes, das quais 15 são definidas pela geometria e cobertura da superfície e 2 por materiais de construção e emissões de calor antropogênico.
A Tabela 1 mostra cada uma das classes e a sua descrição. As classes de 1 a 10 baseiam-se nas tipologias das construções (edificios altos, médios ou baixos, espaços abertos ou compactos) e as classes de A a G retratam as tipologias de cobertura do solo (paisagens
com densa ou esparsa arborização, plantas baixas, solo exposto, com areia ou pavimentado). A classificação contempla ainda atributos que são variáveis na cobertura do solo (caracteristicas sazonais como neve, por exemplo).
Tabela 1 - Classes de Zonas Climáticas Locais
Tipologias de construção Definição Tipos de cobertura do solo Definição 1. Compacto de edifícios altos
Densa mistura de edifícios altos. Poucas ou nenhumas árvores. A cobertura do solo na maior parte é pavimentada. Materiais de construção de concreto, aço, pedra e vidro
A. Árvores adensadas
Paisagem densamente arborizada de decíduas e / ou perenes. A cobertura do solo na maior parte é permeável (plantas baixas). A função da zona é a floresta natural, o cultivo de árvores, ou parque urbano.
2. Compacto de edifícios médios
Densa mistura de edifícios
médios (3-9 pavimentos).
Poucas ou nenhumas árvores. A cobertura do solo na maior parte é pavimentada. Materiais de construção de concreto, aço, pedra e vidro
B. Árvores dispersas
Paisagem levemente arborizada de árvores decíduas e / ou perenes. A cobertura do solo na maior parte é permeável (plantas baixas). A função da zona é a floresta natural, o cultivo de árvores, ou parque urbano.
3. Compacto de edifícios baixos
Densa mistura de edifícios
baixos (1-3 pavimentos).
Poucas ou nenhumas árvores. Cobertura do solo na maior parte pavimentada. Materiais de construção de concreto, aço, pedra e vidro.
C. Arbustos Arranjo aberto de arbustos, árvores lenhosas e curtas. A cobertura do solo na maior parte é permeável (solo exposto ou areia). A função da zona é cerrado natural ou a agricultura.
4. Espaço aberto de edifícios altos
Arranjo aberto de edifícios altos. Abundância de cobertura do solo permeável (plantas baixas, árvores espalhadas). Materiais de construção de concreto, aço, pedra e vidro.
D. Plantas baixas Paisagem com grama ou plantas herbáceas / culturas. Poucas ou nenhumas árvores. A função da zona é pastagem natural, agricultura ou parque urbano.
5. Espaço aberto de edifícios médios
Arranjo aberto de edifícios
médios (3-9 pavimentos).
Abundância de cobertura do
solo permeável (plantas
baixas, árvores espalhadas). Materiais de construção de concreto, aço, pedra e vidro.
E. Rocha exposta ou pavimento
Paisagem com cobertura de rocha exposta ou pavimento. Poucas ou nenhumas árvores ou plantas. A função da zona é deserto natural (rocha) ou o transporte urbano.
Tabela 1 - Classes de Zonas Climáticas Locais (Continuação) Tipologias de construção Definição Tipos de cobertura do solo Definição 6. Espaço aberto de edifícios baixos
Arranjo aberto de edifícios
baixos (1-3 pavimentos).
Abundância de cobertura do
solo permeável (plantas
baixas, árvores espalhadas). Materiais de construção de madeira, tijolo, pedra, telha e concreto.
F. Solo exposto ou areia
Paisagem com solo exposto ou areia. Poucas ou nenhumas árvores ou plantas. A função da zona é deserto natural ou a agricultura.
7. Compacto leve de edifícios baixos
Densa mistura de edifícios de um pavimento. Poucas ou nenhumas árvores. Cobertura do solo compactado. Materiais de construção leves (por
exemplo, madeira, palha,
metal corrugado).
G. Água Corpos d'água grandes e abertos, tais como mares e lagos, ou pequenos corpos, tais como rios, reservatórios e lagoas
8. Grandes edifícios de baixa elevação
Arranjo aberto de grandes
edifícios baixos (1-3
pavimentos). Poucas ou
nenhumas árvores. Cobertura do solo na maior parte
pavimentada. Materiais
construção de aço, concreto, metal e pedra.
PROPRIEDADES VARIÁVEIS DA COBERTURA DO SOLO.
Propriedades de cobertura do solo variáveis ou efêmeras que mudam significativamente com padrões sinópticos tempo, as práticas agrícolas e / ou ciclos sazonais.
9. Construções esparsas
Arranjo disperso de pequenos ou médios edifícios em um ambiente natural. Abundância
de cobertura do solo
permeável (plantas baixas, árvores espalhadas).
b. Árvores nuas Árvores desfolhadas (por exemplo, inverno). Aumento do fator de visão do céu. Albedo reduzido.
s. Cobertura de neve
Cobertura de neve > 10 cm de profundidade. Baixa admitância. Albedo elevado.
10. Indústria pesada
Low-rise e midrise estruturas industriais (torres, tanques, pilhas). Poucas ou nenhumas árvores. cobertura da terra na maior parte pavimentada ou hard-embalados. Metal, aço e materiais de construção de concreto.
d. Solo seca Solo ressequido. Baixa admitância. Razão de Bowen alta. Albedo elevado.
w. Solo molhado
Encharcamento do solo. Alta
admitância. Razão de Bowen baixa. Albedo reduzido.
Fonte: Adaptado de Stewart e Oke (2012)
Cada ZCL deve ter o diâmetro de 400m a 1000m (ou seja, raio de 200m a 500m), no entanto, embora se possa fazer uma delimitação física dessas zonas, as características microclimáticas são contínuas, ou seja, a temperatura do ar em uma ZCL se mistura
gradualmente a temperatura em outra ZCL, causando transições térmicas e não uma quebra no limite da zona (Stewart e Oke, 2012).
A identificação de cada zona climática é realizada através de indicadores como: fator de visão do céu (FVC), relação H/W, porcentagem de áreas construídas, permeáveis e impermeáveis, altura dos elementos de rugosidade e classe de rugosidade (Tabela 2).
Tabela 2 - Valores de propriedades geométricas e de cobertura do solo para zonas climáticas locais
ZCL Fator de Visão do Céu Relação H/W Fração de Superfície Edificada Fração de Superfície Impermeável Fração de Superfície Permeável Altura dos Elementos de Rugosidade Classe de Rugosidade ZCL 1 0.2–0.4 > 2 40–60 40–60 < 10 > 25 8 ZCL 2 0.3–0.6 0.75–2 40–70 30–50 < 20 10–25 6–7 ZCL 3 0.2–0.6 0.75–1.5 40–70 20–50 < 30 3–10 6 ZCL 4 0.5–0.7 0.75–1.25 20–40 30–40 30–40 >25 7–8 ZCL 5 0.5–0.8 0.3–0.75 20–40 30–50 20–40 10–25 5–6 ZCL 6 0.6–0.9 0.3–0.75 20–40 20–50 30–60 3–10 5–6 ZCL 7 0.2–0.5 1–2 60–90 < 20 <30 2–4 4–5 ZCL 8 >0.7 0.1–0.3 30–50 40–50 <20 3–10 5 ZCL 9 > 0.8 0.1–0.25 10–20 < 20 60–80 3–10 5–6 ZCL 10 0.6–0.9 0.2–0.5 20–30 20–40 40–50 5–15 5–6 ZCL A <0.4 >1 <10 <10 >90 3–30 8 ZCL B 0.5–0.8 0.25–0.75 <10 <10 >90 3–15 5–6 ZCL C 0.7–0.9 0.25–1.0 <10 <10 >90 <2 4–5 ZCL D >0.9 <0.1 <10 <10 >90 <1 3–4 ZCL E >0.9 <0.1 <10 >90 <10 <0.25 1–2 ZCL F >0.9 <0.1 <10 <10 >90 <0.25 1–2 ZCL G >0.9 <0.1 <10 <10 >90 – 1
Fonte: Adaptado de Stewart e Oke (2012)
Stewart e Oke (2012) alertam, no entanto, que nem sempre os parâmetros coletados terão exata correspondência com as ZCL estabelecidas, sendo necessário adaptar a classificação à realidade.
Alexander e Mills (2014) utilizaram o mapeamento de ZCL para estruturar a análise das ilhas de calor urbano em Dublin e concluíram que tal metodologia se mostrou eficiente para mapear o padrão e a magnitude das ICU em toda a cidade, de acordo com cada zona climática, sendo capaz de explicar a variação intra-urbana. Os autores mostram que, através do padrão da ZCL, é possível fazer inferências sobre a temperatura em outras regiões da cidade, mesmo sem observações. No entanto, Perera e Emmanuel (2016), ressaltam a natureza reducionista desse sistema de classificação, não sendo capaz de capturar todas as
nuances do crescimento urbano. Os autores apontam para a necessidade de customização local, realizada através de subclassificações.
Uma importante ferramenta utilizada em diversas pesquisas que adotam a classificação das ZCL é o World Urban Database and Access Portal Tools (WUDAPT)1, uma plataforma criada para compartilhamento de dados urbanos para estudos climáticos. O site oferece ferramentas para que o pesquisador caracterize cidades através da classificação das ZCLs e os disponibilize para que seja possível o uso em outros estudos ou a comparação entre eles. Mills et al. (2015) salientam que o diferencial do WUDAPT está no uso de uma metodologia consistente para a aquisição de dados urbanos; a utilização de dados e software disponíveis gratuitamente e o envolvimento de uma rede de especialistas urbanos.
Grande parte dos estudos envolvendo ZCL objetivam analisar a formação e magnitude das ICU ou as variações de temperatura entre as zonas climáticas (ALEXANDER; MILLS, 2014; GAL; SKARBIT; UNGER, 2016; MIDDEL et al., 2014), recentemente algumas pesquisas têm incorporado esse sistema de classificação à análise do conforto térmico urbano, evidenciando que as diferentes configurações urbanas podem afetar tanto o microclima quanto as condições de conforto.
Villadiego e Dabat (2014) apresentam o estudo realizado em clima tropical, na cidade de Barranquila – Colômbia. Os autores identificaram a sensação térmica, a satisfação e a preferência de usuários em 5 diferentes ZCL.
Unger, Skarbit e Gál (2018) analisaram o conforto térmico dos usuários em diferentes espaços ao ar livre em Szeged, na Hungria. O estudo foi realizado em dois períodos (13h – 14h e 2h após o pôr do sol), durante três estações (primavera, verão, outono) e mostrou que durante o dia as zonas menos construídas são mais agradáveis termicamente, enquanto a noite as melhores condições são oferecidas pelas áreas mais construídas.
2.4 Conforto Térmico Urbano
De acordo com a ASHRAE (2005, apud LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 2014), o conforto térmico é definido como “a condição da mente que expressa satisfação com o ambiente térmico”. A sensação de conforto térmico está relacionada com a troca de calor entre o corpo e o meio físico, seja em ambientes internos ou externos.
Os seres humanos são considerados homeotérmicos, ou seja, possuem a capacidade de manter a temperatura corporal constante. Esse processo, chamado termorregulação se dá através do equilíbrio entre a energia produzida pelo corpo humano, chamada de metabolismo, e a energia dissipada por radiação, condução ou convecção (OKE, 1978). Segundo Lamberts; Dutra; Pereira (2014), se há um equilíbrio das trocas de calor a que o corpo é submetido e a temperatura da pele e o suor estiverem dentro de certo limite, então o homem sente conforto térmico.
Grande parte das pesquisas sobre conforto térmico trabalha com avaliação dos espaços internos, a preocupação científica em analisar espaços ao ar livre é recente e envolve diferentes condicionantes, como a geometria urbana, a pavimentação, a ventilação, a radiação solar incidente, a vegetação, entre outras, além das variáveis microclimáticas.
Visando subsidiar a tomada de decisões por parte dos planejadores urbanos, o Projeto Rediscovering the Urban Realm and Open Spaces (RUROS) analisou o conforto térmico em espaços abertos de 7 diferentes cidades da Europa. Os resultados mostram que o nível de conforto ultrapassa 75% ao longo do ano nos locais analisados. A investigação mostrou também a relevância da adaptação para a percepção térmica dos usuários, ou seja, fatores físicos e psicológicos podem afetar o conforto térmico. De acordo com Nikolopoulou e Lykoudis (2006), as experiências recentes e as expectativas dos usuários desempenham um papel importante e são responsáveis por uma variação acima de 10°C na neutralidade térmica, e variações nas temperaturas.
Krüger et al. (2012), analisou a sensação térmica de moradores de Glasgow, Reino Unido, localizada em região temperada, comparando respostas obtidas por meio de entrevistas estruturadas e índices de conforto. A mesma pesquisa reforça a importância do estudo da sensação de conforto térmico para o planejamento climaticamente adequado de
áreas urbanas. Conhecendo as preferências térmicas da população, é possível criar espaços urbanos mais atrativos e adequados, fazendo com que o planejamento urbano seja um agente facilitador do uso desses espaços.
Em Hong Kong, Cheng et al. (2012), analisaram o conforto dos usuários em ambientes urbanos e os resultados mostram que a mudança da velocidade do vento e as condições da radiação solar têm influências significativas na sensação térmica, especialmente no verão. Salientou-se a necessidade de se desenvolver mais pesquisas na área em outros locais e diferentes climas, visando coletar os dados de forma abrangente e encontrar uma maneira de unificá-los.
No entanto, Johansson et al. (2014) mostram a dificuldade de se comparar diferentes estudos. Segundo os autores, há uma grande variedade de métodos utilizados nos estudos de conforto térmico em áreas urbanas, dificultando a comparação entre eles, sendo necessário se criar uma padronização e orientação sobre como realizar pesquisas de campo em ambientes externos. O trabalho traz ainda importantes contribuições para essa temática, a medida em que apresenta as principais normas, instrumentos e índices utilizados na investigação do conforto térmico.
2.4.1 Índices de conforto
O estudo do conforto térmico visa analisar e estabelecer as condições necessárias à satisfação do homem permitindo-o sentir-se termicamente confortável nos diversos ambientes de trabalho ou lazer.
De acordo com Blazejczyk; Epstein, (2012), ao longo do último século, mais de cem índices de conforto térmico foram criados, sendo que a maioria deles foi desenvolvida para avaliar a sensação humana em ambientes internos.
Monteiro e Alucci (2007) realizaram um estudo sobre o estado da arte dos índices de conforto térmico usados em espaços abertos. O trabalho considerou 33 índices, baseados em 24 diferentes modelos e concluiu que a intenção inicial era que os índices empíricos apresentassem uma validade universal, no entanto, os mesmos apresentam resultados significativos somente quando empregados a situações específicas em que foram determinados. No entanto, os índices baseados em modelos analíticos levam a respostas mais
universais. Há, ainda, a abordagem adaptativa que leva em consideração a adaptação dos indivíduos a determinados climas, porém, essa ainda é menos usada para estudos de conforto térmico em espaços abertos.
A Tabela 3 apresenta um resumo dos principais índices utilizados para ambientes externos e internos e a descrição das variáveis consideradas em cada um deles.
Tabela 3 - Alguns índices que têm sido usados em estudos de conforto térmico
Índice Referencias principais Descrição
Voto médio previsto (PMV) ASHRAE 55 (2010) ASHRAE (2001), ISO 7730 (2005), Blazejczyk et al. (2012), McIntyre (1980)
Principalmente para interiores; inclui todas as variáveis meteorológicas que afetam o conforto térmico (temperatura do ar, umidade do ar, velocidade do vento e temperatura radiante média), bem como as variáveis pessoais
(vestuário e atividade) (aplica-se tanto ao PMV como ao SET)
Temperatura efetiva padrão (SET)
ASHRAE (2001), Blazejczyk et
al. (2012), McIntyre (1980)
Temperatura efetiva (ET) ASHRAE (2001), Blazejczyk et
al. (2012) McIntyre (1980)
Principalmente para interiores; só leva em consideração as quatro variáveis meteorológicas, enquanto o vestuário e a atividade são padronizados para
sedentarismo interior Temperatura percebida (PT) VDI 3787 (2008), Blazejczyk et
al. (2012)
Com base na equação PMV, mas pode ser usado para áreas externas
Temperatura
fisiologicamente equivalente (PET)
VDI 3787 (2008), Blazejczyk et
al. (2012), Höppe (1999)
Destinado ao ambiente externo; só usa quatro variáveis como ET; vestuário e atividade são padronizados para indoor sedentário.
Índice de clima térmico universal (UTCI)
Blazejczyk et al. (2012), Havenith et al. (2011)
Destinado ao exterior; nenhuma informação sobre o nível de isolamento vestuário da população pesquisada é necessária. Condição de referência para a atividade: taxa metabólica de 135 W /
m2 e uma velocidade de caminhada de
1,1 m/s Fonte: Adaptada de Johansson et al. (2014)
Para avaliar a influência do clima no organismo humano é necessário considerar todos os parâmetros térmicos. Dessa forma, índices que não consideram a fisiologia térmica, devem ser usados somente em situações especificas, já que possuem limitações (HOPPE, 1999).
Johansson et al. (2014), analisou 26 artigos publicados de 2001 a 2012 e concluiu que a maioria das pesquisas estudadas utilizou o índice PET como ferramenta de avaliação do conforto térmico.
2.4.2 Índice Temperatura Equivalente Fisiológica (Physiological Equivalent
Temperature – PET)
Segundo Hoppe (1999), a Physiological Equivalent Temperature – PET – é a temperatura do ar que, em um ambiente interno, sem vento e radiação solar, o ganho de calor do corpo humano está equilibrado com a mesma temperatura da pele e do núcleo como em condições iguais às de avaliação.
O índice PET é utilizado por muitas pesquisas para avaliação do nível de conforto térmico em espaços ao ar livre (SHIMAKAWA, BUENO-BARTHOLOMEI, 2009) e outras, além disso, buscam relacioná-lo a variáveis climáticas a fim de propor melhorias nas condições de conforto à medida em que se alteram condições climáticas ou a configuração urbana (JOHANSSON, 2006,).
Krüger et al. (2012) compararam os resultados obtidos pela aplicação de índices de conforto térmico (PMV e PET) ao resultado da sensação térmica declarada pelos entrevistados e identificou que o índice PET foi o que mais se aproximou das respostas dadas pelos entrevistados, sugerindo a aplicação do mesmo para o planejamento urbano.
Krüger e Drach (2017) investigaram a influência da geometria urbana na sensação térmica de usuários de espaços ao ar livre na cidade do Rio de Janeiro. Os autores concluíram que a geometria urbana pode modificar a sensação de conforto dependendo da densidade construída do ambiente, pois é um fator que pode ser utilizado como estratégia de combate ao aquecimento excessivo de determinadas áreas da cidade ao nível do pedestre.
Müller; Kuttler e Barlag, (2014) avaliaram a influência de diferentes medidas de adaptação no conforto de usuários e concluíram que estratégias como a criação de corredores de ventilação nas camadas intraurbanas, que possam aumentar a velocidade do vento são as melhores opções para reduzir o valor de PET. Os autores recomendam ainda a criação de parques urbanos e espaços arborizados que permitam a circulação de vento, já que tanto o sombreamento quanto a umidade do ar otimizada pela evapotranspiração reduzem o PET.
Minella, Rossi e Krüger (2009) analisaram a influência do FVC no nível de conforto térmico de uma rua de Curitiba. Os autores avaliaram dois pontos com diferentes FVC e concluíram que este não pode ser considerado, isoladamente, fator determinante para os
níveis de conforto. Porém, destacam a importância de se considerar características como altura das edificações, largura das vias e orientação no ganho de radiação solar, influenciando nos níveis de conforto térmico.
Matzarakis e Amelung (2008) utilizaram o índice PET para avaliar como as mudanças climáticas podem afetar o conforto térmico, comparando dados de 1961 a 1990 com os dados de cenários propostos pelo IPCC e concluíram que a consequência dos efeitos climáticos sobre o conforto dos usuários é pior do que o esperado, já que esta vai além do aumento de temperatura, produzindo condições de forte estresse térmico por calor em muitas regiões do mundo com PET superior a 35°C, podendo afetar a saúde e o bem-estar da população mundial.
Matzarakis e Mayer (1996) afirmam que o PET pode fornecer informações sobre a percepção térmica e o nível de estresse térmico (Tabela 4), podendo ser calculado um valor de temperatura PET especifico para cada usuário ou um valor médio para um determinado grupo de pessoas.
Tabela 4 - Índice PET como indicador de percepção térmica e estágio de estresse térmico
PET Percepção térmica Grau de estresse fisiológico
≤4°C Muito frio Estresse por frio extremo
4°C<PET≤ 8°C Frio Estresse por frio forte
8°C<PET≤13°C Frio moderado Estresse por frio moderado
13°C<PET≤18°C Levemente frio Estresse por frio leve
18°C<PET≤23°C Confortável Sem estresse térmico
23°C<PET≤29°C Levemente quente Estresse por calor leve
29°C<PET≤35°C Calor moderado Estresse por calor moderado
35°C<PET≤41°C Quente Estresse por calor forte
>41°C Muito quente Estresse por calor extremo
Fonte: adaptado de Matzarakis & Mayer (1996)
Monteiro e Alucci (2011) apresentam a calibração de diversos índices de conforto para espaços abertos. A pesquisa foi realizada na cidade de São Paulo – SP e os valores de referência para o índice PET são reproduzidos na Tabela 5.
Tabela 5 - Interpretação do índice PET para São Paulo
PET Percepção térmica
≤4°C Muito frio
4°C<PET≤ 12°C Frio
12°C<PET≤18°C Pouco frio
18°C<PET≤26°C Neutra
26°C<PET≤31°C Pouco calor
31°C<PET≤43°C Calor
>43°C Muito Calor
Ainda no Brasil, Hirashima; Assis e Ferreira (2011) realizaram a calibração do índice PET para espaços abertos em Belo Horizonte – MG.
Brusantin e Fontes (2009) analisaram o conforto térmico de usuários em espaços públicos na cidade de Bauru – SP utilizando entrevistas e medições e compararam o conforto térmico real ao calculado (adotando como índices o PMV e o PET) e concluíram que houve diferenças significativas entre estes, já que os aspectos qualificadores do espaço tais como arborização, bancos, áreas ajardinadas entre outras contribuem para a avaliação positiva na sensação e satisfação térmica. Labaki et al. (2012) realizaram a análise do conforto térmico em ruas de pedestre nas cidades de Campinas, Bauru e Presidente Prudente, no interior do Estado de São Paulo, e concluíram que os usuários, em tempo quente, são mais tolerantes à espaços de permanência arborizados do que à espaços de passagem.
2.4.3 Índices subjetivos de conforto térmico
Além dos índices objetivos, as pesquisas consideram também índices subjetivos, que através de modelos de questionários investigam o estado térmico do usuário. Comumente os estudos realizam as pesquisas objetivas paralelamente às subjetivas e posteriormente buscam correlacioná-las, como nos estudos analisados por Johansson et al. (2014). Outros ainda buscam avaliar a adaptação psicológica como uma ferramenta de planejamento urbano (NIKOLOPOULOU; STEEMERS, 2003).
A Tabela 6 apresenta um resumo de questionários subjetivos de acordo com diferentes padrões e parâmetros analisados. As questões apresentadas em cada questionário para descrever o estado térmico do usuário são avaliadas por uma escala que pode variar de 2 a 9 pontos.
